T-S模糊故障树重要度分析方法

T-S模糊故障树重要度分析方法

姚成玉;张荧驿;王旭峰;陈东宁

【摘要】传统部件重要度分析方法建立在布尔逻辑门的基础上,需要精确已知部件之间的联系,并且不能全面考虑部件所有状态及部件之间的联系对多状态系统可靠性的影响.针对上述问题,首先通过给出传统二态、多态逻辑门的T-S门规则形式,验证了T-S模糊故障树分析方法的可行性,进而将传统二态和多态部件重要度分析方法推广到T-S模糊故障树中,提出了T-S重要度概念及其计算方法,包括T-S结构、概率及关键重要度.然后,与传统部件重要度分析方法进行算例对比与分析,验证方法的可行性.最后,给出了液压系统T-S模糊故障树分析及其重要度计算实例.%The component importance based on Boolean logic gates, which needed to know exactly the relationships among the components, and could not take into account the influences of all states and components interrelations on the reliability of multi-state system. Therefore, it is proved that an analysis method of fuzzy fault tree based on T-S model is feasible by giving the T-S rules of conventional binary and multi-state logic gates. Further, this paper extended the component importance analysis method of conventional fault tree to fuzzy fault tree based on T-S model. The concept and calculation method of T-S importance were presented, including T-S structural, probability and criticality importance. Finally, an example of fuzzy fault tree analysis based on T-S model and importance computation of hydraulic system were given for illustration.

【期刊名称】《中国机械工程》

【年(卷),期】2011(022)011

【总页数】8页(P1261-1268)

【关键词】故障树;重要度;T-S模型;逻辑门

【作者】姚成玉;张荧驿;王旭峰;陈东宁

【作者单位】燕山大学河北省工业计算机控制工程重点实验室,秦皇岛,066004;燕山大学河北省工业计算机控制工程重点实验室,秦皇岛,066004;宁波三星电气股份有限公司,宁波,315191;燕山大学河北省重型机械流体动力传输与控制重点实验室,秦皇岛,066004

【正文语种】中文

【中图分类】TH137.7

重要度是故障树定量分析的一个重要指标,它不仅能够用于系统的可靠性分析,还可以用于系统的优化设计和指导系统进行维修与诊断。重要度描述了部件发生故障时对顶事件的贡献。传统的故障树重要度主要有结构重要度、概率重要度和关键重要度等。

传统故障树重要度分析基于二态假设,实际系统往往表现为多种故障模式和多种故障程度。文献[1]以多状态串联系统和多状态并联系统为例,利用最小割集和最小路集的概念给出了一般多状态系统的定义。文献[2-3]给出了多态系统元件重要度的一般性定义及其计算方法。

考虑两个元件对系统可靠性的影响,文献[4]提出了联合重要度的概念。文献[5]将两个元件的联合重要度扩展到了多个元件。为了揭示元件所处的状态对状态本身和整个多状态系统故障的影响,文献[6]拓展了传统的概率重要度和关键重要度分析方法,

将重要度划分为状态重要度和转移重要度。

上述文献的故障树均以与门、或门等传统逻辑门为基础,使得进行重要度分析时仍需弄清楚故障机理,找到事件间的联系。针对这一问题,文献[7-8]研究了T-S模糊故障树分析方法,将故障树由传统逻辑门拓展到T-S门,降低了建树难度,但是并未给出重要度指标的定义与计算方法,难以全面发挥T-S模糊故障树在可靠性工程中的指导作用与实用价值。

为此,本文在T-S模糊故障树算法基础上,将传统故障树部件重要度分析方法推广到T-S模糊故障树中,提出T-S重要度概念及其计算方法,并与传统故障树方法进行算例对比,结合液压系统实例,验证了该方法的有效性和实用性。

用T-S模型取代传统逻辑门来描述事件联系,构造 T-S模糊故障树。图 1所示为一个T-S模糊故障树,其中,y2为顶事件,y1为中间事件,x1、x2、x3为底事件,G1、

G2为T-S门。

在实际系统应用中,部件的状态往往由各种模糊数及语言值来表示,为了便于进行故障树分析,选取图2所示的梯形隶属函数,其中,c为模糊数支撑集的中心,s为支撑半径,f为模糊区。由隶属函数μ(x)描述的模糊数称为模糊数c。

1.3.1 二态故障树逻辑门的T-S门规则形式

常见的二态故障树的逻辑门都可以转换为相应的 T-S门规则形式。假设部件 x1、x2为输入,y为输出,且 x1、x2和y有以下两种状态:故障和正常,分别用1和0表示。

在二态与门中,当所有输入事件同时发生时(即x1=1且x2=1),门的输出事件才发生(y=1)。二态与门可用T-S规则表示,见表1。表1中的每一行均代表一条T-S规则,例如第1行的规则是:如果x1为0,x2为0,则y为0的可能性为1,y为1的可能性为0。

在二态或门中,至少有一个输入事件发生时(x1=1或x2=1),门的输出事件就发生